精密的單電源光檢測(cè)電路設(shè)計(jì)方案

在同一個(gè)圖中,1/b 曲線以零dB開始隨頻率變化。1/b 隨著頻率的增加保持平滑,直到曲線末尾有一個(gè)極點(diǎn)產(chǎn)生,曲線便開始衰減20dB/10倍頻程。

圖（a）中令人感興趣的一點(diǎn)就是A_OL（jw ）曲線和1/b 曲線的交點(diǎn)。兩條曲線交點(diǎn)的斜率示出了系統(tǒng)的相位容限,也預(yù)示著系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在圖中,交點(diǎn)斜率為－20dB/10倍頻程。在這種情況下,放大器將提供－90° 的相移,而反饋系數(shù)則提供零度相移。相移和系統(tǒng)的穩(wěn)定性均由兩條曲線的交點(diǎn)決定。1/b 相移和A_OL（jw ）相移相加,系統(tǒng)的相移為－90° ,容限為90° 。從理論上說,如果相位容限大于零度,系統(tǒng)是穩(wěn)定的。但實(shí)際應(yīng)用中相位容限至少應(yīng)有45° 才能使系統(tǒng)穩(wěn)定。

在圖6的（c）中,A_OL（jw ）曲線和1/b 曲線的交點(diǎn)表示一個(gè)在一定程度上穩(wěn)定的系統(tǒng)。此點(diǎn) A_OL（jw ）曲線正以－20dB/10倍頻程的斜率變化,而1/b 曲線正從20dB/10倍頻程的斜率轉(zhuǎn)換到0dB/10倍頻程的斜率。A_OL(jw )曲線的相移為－90° 。1/b 曲線的相移則為－45° 。將這兩個(gè)相移相加后,總的相移為－135° ,即相位容限為45° 。雖然該系統(tǒng)看上去較穩(wěn)定,即相位容限大于0° ,但是電路不可能像計(jì)算或模擬那樣理想化,因?yàn)殡娐钒宕嬖谥纳娙莺碗姼小＝Y(jié)果,具有這樣大小的相位容限,這個(gè)系統(tǒng)只能是“一定程度上的穩(wěn)定”。

圖6中（b）、（d）均為不穩(wěn)定系統(tǒng)。在（b）圖中,A_OL（jw ）以－20dB/10倍頻程的斜率變化。1/b 則以+20dB/10倍頻程的斜率變化。這兩條曲線的閉合斜率為40dB/10倍頻程,表示相移為－180° ,相位容限為0° 。

在（d）圖中,A_OL（jw ）以－40dB/10倍頻程的斜率變化。而1/b 以0dB/10倍頻程的斜率變化。兩條曲線的閉合斜率為－40dB/10倍頻程,表示相移為－180° 。

通過模擬可表明使用非理想的光電二極管和運(yùn)放模型會(huì)造成相當(dāng)數(shù)量的振鈴或不穩(wěn)定因素。在頻率域內(nèi)重新進(jìn)行這種模擬會(huì)很快重現(xiàn)這種不穩(wěn)定因素。

系統(tǒng)的不穩(wěn)定性可用兩種方法校正：（1）增加一個(gè)反饋電容C_F;（2）改進(jìn)放大器,使其具有差分A_OL頻率響應(yīng)或差分輸入電容。

改變反饋電容。系統(tǒng)中影響噪聲增益1/b 頻率響應(yīng)的有光電二極管的寄生電容、運(yùn)放的輸入電容,其阻抗以Z_IN表示,放大器反饋環(huán)路的寄生元件,其阻抗以Z_F表示。

Z_IN = R_PD //1/[ jw （C_PD+C_CM+C_DIFF）]

Z_F = R_F //1/ [jw （C_RF+C_F）] （3）

從式（4）中容易地看出,加大C_F將降低f_P1,并降低高頻增益[1+（C_PD+C_CM+C_DIFF）/（C_F+C_RF）]。

1/b 網(wǎng)絡(luò)的極點(diǎn)設(shè)計(jì)成1/b 與放大器的開環(huán)增益曲線相交的那一點(diǎn)。此時(shí)頻率就是這兩條曲線的幾何平均值。C_F可計(jì)算如下

（5）

式（5）中f_U是放大器的增益帶寬積。此時(shí),系統(tǒng)具有45° 的總相位容限,階躍響應(yīng)將呈現(xiàn)25%的過沖。對(duì)于使用MCP601放大器的電路,C_F的值將為

這種最佳的計(jì)算結(jié)果是建立在假設(shè)放大器參數(shù)如帶寬或輸入電容以及反饋電阻值沒有改變,二極管的寄生電容也無改變基礎(chǔ)上的。

較保守的計(jì)算方法C_F的取值為